[发明专利]一种基于光学原理的旋转设备转子轴振动测量系统

说明书

本发明提出了一种基于光学原理的旋转设备转子轴振动测量系统，包括：激光器，用于向被测物体入射激光光束；聚焦透镜、光接收元件，聚焦透镜用于接收入射激光光束在被测物体表面发生的反射光并将反射光成像在光接收元件上；信号处理器，与光接收元件信号连接，用于接收光接收元件输出的成像点光斑位置的电信号并根据电信号计算出被测物体表面位移量；终端，与信号处理器信号连接，用于实时显示成像点光斑的位移数据并对位移数据进行频谱分析。本发明基于光学原理，实现了对高速旋转设备转子的轴振动非接触式的测量、分析；结构简单，成本低，精度高，操作简单，具有可移动式测量功能。

技术领域

本发明涉及振动测量技术领域，尤其涉及一种基于光学原理的旋转设备转子轴振动测量系统。

背景技术

大型旋转机械装备是我国工业生产中的重要设备，在我国电力、化工、石油、冶金等行业广泛分布。在火力发电厂和核电站中，生产现场应用了很多大型泵、风机，尤其是以汽轮机拖动发电机来生产电能的，汽轮发电机组为人类提供了80％左右的电能，是现代化国家中重要的动力机械设备。发电企业通过获取一系列状态特征参量对大型旋转设备的转子进行重点监测，包括振动、温度、偏心和轴向位移等，其中尤以振动信号为主，被称为转子的“体温计”，直接反映了转子的健康状况。一台机组正常运行时，其振动值和振动变化值都应该比较小，一旦机组振动值变大，或振动变得不稳定，都说明设备出现了一定程度的故障。设备的振动信号中蕴藏了大量信息，检测振动数据中的特征信息，并分析产生振动的原因，越来越得到生产企业的重视。

目前工业现场中应用的频谱分析仪器，探头采用加速度式压电系统，测量时，需将探头固定在被测表面上，跟随被测表面一起振动，探头将感受到的振动信号转换为电信号进行分析处理。加速度式系统在测量高频段振动式灵敏度高，优势明显。但其缺点是接触式测量方法，必须采用手持或其他方式将探头与被测表面固定，不能直接测量高速旋转的轴的振动，使得仪器的使用有一定的局限性。

发明内容

基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于光学原理的旋转设备转子轴振动测量系统。

本发明提出的一种基于光学原理的旋转设备转子轴振动测量系统，包括：

激光器，用于向被测物体入射激光光束；

聚焦透镜、光接收元件，聚焦透镜用于接收入射激光光束在被测物体表面发生的反射光并将反射光成像在光接收元件上；

信号处理器，与光接收元件信号连接，用于接收光接收元件输出的成像点光斑位置的电信号并根据电信号计算出被测物体表面位移量；

终端，与信号处理器信号连接，用于实时显示成像点光斑的位移数据并对位移数据进行频谱分析。

优选的，被测物体表面位移量y满足

其中：α为激光器的入射激光光束与聚焦透镜的光轴之间的夹角，β为聚焦透镜的光轴与光接收元件之间的夹角，l₁为聚焦透镜的物距，l₂为聚焦透镜的像距，x为成像点光斑在光接收元件上产生的位移。

优选的，l₁、l₂满足以下关系：

l₁tanα＝l₂tanβ；

其中，f为聚焦透镜的焦距。

优选的，激光器的入射激光光束与聚焦透镜的光轴之间的夹角α为20°-40°。

优选的，还包括壳体，所述激光器、聚焦透镜、光接收元件、信号处理器均安装在壳体内，壳体上开设有供激光器的入射激光光束以及漫反射光穿过的通光口。

优选的，通光口内安装有窄带滤光片。